一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法与流程

1.本发明涉及新材料领域，具体涉及一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法。
技术背景
2.皮肤是有机体与外界环境之间的一道物理屏障，也是多元的传感器集合，能感知压力，振动频率的变化，因而我们才能根据外界传递的信息做出相应的反应。然而皮肤在受到严重损伤的情况下，会导致皮肤不可自愈甚至威胁生命。这引起了越来越多的人们对人造生物电子皮肤的关注与研究。这种生物电子皮肤为实时监测发出响应，应具有高灵敏度能够接受微小的震动(例如脉搏和声带振动)，能够承受不同程度的弯曲(例如日常活动)，以及生物可降解等特性，以接近天然皮肤利于与人体的融合，很少有生物材料可以满足这些所有特性的要求，本文为解决该问题开展研究，并且在智能可穿戴，健康监控，机器人皮肤也有广阔的前景。
3.近几年随着智能可穿戴和仿生机器人的迅速发展，聚二甲基硅氧烷(pdms)和热塑性聚氨酯等因出色的机械强度，可拉伸性被用于各种柔性传感器材料。然而，这些高分子材料都不是天然的，没有办法达到生物相容性和可降解性的要求。


技术实现要素：

4.针对上述不足，本发明提供了一种柔性仿生电子皮肤材料的制备方法。该方法以丝素蛋白和氧化石墨烯为原料通过静电纺丝技术制备获得，操作简单易行，工艺参数易于控制。所得到的柔性仿生电子皮肤材料为静电纺丝复合膜，具有较高的灵敏度，良好的生物活性和生物降解性。
5.为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
6.一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，该方法包括如下步骤：
7.s1纺丝溶液的制备：将丝素蛋白溶于酸中，制备得到丝素蛋白溶液，再与氧化石墨烯分散液混合，利用静电纺丝技术制备复合膜并干燥；
8.s2浸渍法处理：将步骤s1制备得到的复合膜浸泡于氧化石墨烯分散液中浸渍处理；
9.s3还原法处理：将步骤s2处理后的产品用连二亚硫酸钠还原处理得到所述柔性仿生电子皮肤材料。
10.进一步的，上述一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，所述的柔性仿生电子皮肤材料，其平均直径范围是200
‑
800nm。
11.进一步的，上述一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，所述步骤s1中的丝素蛋白：氧化石墨烯的质量比为100:0.5～5.0。
12.进一步的，上述一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，所述步骤s1纺丝溶液的制备具体包括如下步骤：将丝素蛋白溶于甲酸，配制成浓度为8
‑
10wt％的丝素蛋白溶液，再与1
‑
4mg/l的氧化石墨烯分散液混合，利用静电纺丝技术制备复合膜。
13.进一步的，上述一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，所述步骤s1纺丝溶液的制备中，所述静电纺丝技术中的纺丝条件为：电压为15
‑
20kv，喷丝头尖端距接收器距离为10
‑
15cm，注射泵的流速在1.0
‑
3.0ml/h，连续纺丝6
‑
10h，将其从铝箔上剥落，置于干燥箱中干燥，保存。
14.进一步的，上述一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，所述步骤s2浸渍法处理具体包括以下步骤：将步骤s1中制得的复合膜浸泡在1
‑
4mg/l的氧化石墨烯分散液中15
‑
60分钟。
15.进一步的，上述一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，所述步骤s3还原法处理具体包括以下步骤：将步骤s2处理后的产品经去离子水洗涤后，在90
‑
100℃的水浴锅中用连二亚硫酸钠还原，反应时间为0.5
‑
1.5小时，即得所述柔性仿生电子皮肤材料。
16.进一步的，上述一种柔性仿生电子皮肤材料的制作方法，包括以下具体步骤：
17.s1纺丝溶液的制备：将丝素蛋白溶于甲酸，配制成8
‑
10wt％的丝素蛋白溶液，再与2mg/l的氧化石墨烯分散液混合，利用静电纺丝技术制备复合膜，纺丝条件：电压为15
‑
20kv，喷丝头尖端距接收器距离为10
‑
15cm，注射泵的流速在1.5ml/h，连续纺丝8h，将其从铝箔上剥落，置于干燥箱中干燥，保存；
18.s2浸渍法处理：将步骤s1中制得的复合膜浸泡在2mg/l的氧化石墨烯分散液中30分钟；
19.s3还原法处理：将步骤s2处理后的产品经去离子水洗涤后，在95℃的水浴锅中用连二亚硫酸钠还原，反应时间为1小时，得所述柔性仿生电子皮肤材料。
20.进一步的，上述柔性仿生电子皮肤材料的制作方法制备所获得的柔性仿生电子皮肤材料。
21.进一步的，上述柔性仿生电子皮肤材料在智能穿戴或仿真机器人领域中的应用。
22.本发明至少具有以下有益效果：
23.1.通过改变丝素蛋白和氧化石墨烯的质量比来改变静电纺丝复合膜的机械性能；
24.2.通过调节静电纺丝的纺丝速度和时间来控制该复合膜材料的平均直径大小；
25.本发明可以通过改变掺入的氧化石墨烯的量来控制静电纺丝复合膜的直径大小，该制备方法条件简单、易于操作。本发明的方法制得的柔性电子皮肤材料呈现为膜，直径在200
‑
800nm之间，作为通常具有传感器功能的电子皮肤，既具有灵敏度高，适用范围广的优点，且具有较高的体外生物降解性和生物相容性。
附图说明
26.附图1为实施例1中制备得到的柔性电子皮肤材料的实物图片。
具体实施方式
27.下面将通过几个具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例只是为了说明问题，并不是一种限制，所述试剂无说明均通过商业渠道取得。
28.实施例1：
29.柔性仿生电子皮肤材料的制备步骤如下：将10wt％的丝素蛋白溶液与2mg/l的氧化石墨烯分散液以质量比100：0.5混合均匀，利用静电纺丝技术制备复合膜，在相对湿度
35％
±
5％，温度20℃
±
5℃，电压为20kv，喷丝头尖端距接收器距离为13cm，注射泵的流速在1.5ml/h的条件下连续纺丝8h，将其从铝箔上剥落，置于干燥箱中干燥，再浸泡在2mg/l的氧化石墨烯分散液中30分钟；经去离子水洗涤后还原，反应时间为1小时，即得柔性仿生电子皮肤材料。
30.实施例2：
31.柔性仿生电子皮肤材料的制备步骤如下：将8wt％的丝素蛋白溶液与2mg/l的氧化石墨烯分散液以质量比100：1.0混合均匀，利用静电纺丝技术制备复合膜，在相对湿度35％
±
5％，温度20℃
±
5℃，电压为20kv，喷丝头尖端距接收器距离为13cm，注射泵的流速在1.5ml/h的条件下连续纺丝8h，将其从铝箔上剥落，置于干燥箱中干燥，再浸泡在2mg/l的氧化石墨烯分散液中30分钟；经去离子水洗涤后还原，反应时间为1小时，即得柔性仿生电子皮肤材料。
32.实施例3：
33.柔性仿生电子皮肤材料的制备步骤如下：将10wt％的丝素蛋白溶液与2mg/l的氧化石墨烯分散液以质量比100：1.5混合均匀，利用静电纺丝技术制备复合膜，在相对湿度35％
±
5％，温度20℃
±
5℃，电压为20kv，喷丝头尖端距接收器距离为13cm，注射泵的流速在1.5ml/h的条件下连续纺丝8h，将其从铝箔上剥落，置于干燥箱中干燥，再浸泡在2mg/l的氧化石墨烯分散液中30分钟；经去离子水洗涤后还原，即得柔性仿生电子皮肤材料。实物如附图1所示
34.实施例4：
35.柔性仿生电子皮肤材料的制备步骤如下：将12wt％的丝素蛋白溶液与2mg/l的氧化石墨烯分散液以质量比100：2.0混合均匀，利用静电纺丝技术制备复合膜，在相对湿度35％
±
5％，温度20℃
±
5℃，电压为20kv，喷丝头尖端距接收器距离为13cm，注射泵的流速在1.5ml/h的条件下连续纺丝8h，将其从铝箔上剥落，置于干燥箱中干燥，再浸泡在2mg/l的氧化石墨烯分散液中30分钟；经去离子水洗涤后还原，反应时间为1小时，即得柔性仿生电子皮肤材料。
36.实施例5：
37.测试例
38.测试例将实施例1
‑
4获得的柔性仿生电子皮肤进行断裂强度，杨氏模量(描述固体材料抵抗形变能力的物理量)和体外降解失重实测试，结果见下表1所示。
39.表1性能测试
40.[0041][0042]
经过上述测试表明，本发明所述的柔性仿生电子皮肤材料，既具有灵敏度高，适用范围广，且具有较高的体外生物降解性和生物相容性。
[0043]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。